치아 재생 바이오잉크 개발…성장인자 없이 줄기세포 분화 유도 성공

자연 뼈 성분을 활용한 치아 재생 바이오잉크가 실제 치아 조직 재생 가능성을 입증했다.

한림대춘천성심병원은 박찬흠 이비인후과 교수 연구팀이 개발한 바이오잉크가 별도의 성장 유도 물질 없이도 줄기세포의 치아 조직 분화를 유도할 수 있음을 확인했다고 11일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 폴리머 테스팅(Polymer Testing)에 지난달 게재됐다.

이번 바이오잉크는 자연 뼈에서 얻은 탈무기질 뼈 분말에 광경화 특성을 부여해 제작됐다. 실제 뼈가 가진 생체 신호를 최대한 보존하면서도 3D 프린팅이 가능하도록 설계한 점이 핵심이다.

기존 인공 지지체는 생체 신호 부족과 구조 정밀도 한계로 치아 조직 형성에 제약이 있었다. 연구팀은 90마이크로미터(μm) 미만의 미세 분말만 선별해 사용함으로써 핵심 단백질과 세포 성장 인자를 유지했다.

3D 바이오프린팅 조건을 비교한 결과, 바이오잉크 농도 20%에서 구조 안정성과 정밀성, 세포 적합성이 가장 균형을 이뤘다. 10% 농도는 출력 구조가 쉽게 붕괴됐고, 30% 농도는 형태 안정성은 높았으나 세포 증식과 정교함이 떨어졌다.

연구팀은 0.1% 농도의 타트라진 색소를 첨가해 혈관 구조 구현에도 성공했다. 출력 구조체에는 지름 0.7mm의 미세 통로가 형성됐으며, 염료 흐름 실험에서 유체가 원활히 이동하는 것이 확인됐다. 이는 세포에 영양과 산소를 공급할 수 있는 기능적 혈관 구조 구현 가능성을 보여준다.

또한 치아 신경 유래 줄기세포를 바이오잉크에 담아 배양한 결과, 추가 성장 인자 없이도 치아 세포로의 분화가 관찰됐다. 바이오잉크 자체가 줄기세포에 분화 신호를 제공하는 미세환경으로 작용한 것으로 분석된다.

박찬흠 교수는 “이번 연구는 치주 유래 줄기세포 분화를 유도할 수 있는 바이오잉크 개발을 위한 파일럿 연구”라며 “임상 적용을 위해서는 추가 연구가 필요하다”고 밝혔다.

이어 “자연 유래 뼈 조직의 생체 활성을 유지하면서 고정밀 3D 프린팅이 가능한 플랫폼을 확보했다는 점에서 의미가 있다”며 “맞춤형 치아 재생 치료 등 재생의료 분야로 확장해 나갈 계획”이라고 말했다.